Allrad-Akustik-Rollenprüfstand, Bild: KIT

Auf dem Allrad-Akustik-Rollenprüfstand am KIT wird ein Forwarder geprüft. Der Fahrantrieb wird mit einem realen Lastprofil belastet, um das Einsparpotenzial von Kraftstoff zu messen. Bild: KIT

Leistung stehe bei den Kunden im Vordergrund, berichtet Felix Fürst zu Hohenlohe-Waldenburg, geschäftsführender Alleingesellschafter der HSM Hohenloher Spezial-Maschinenbau. Dieser Hersteller von Forstspezialschleppern, Rückezügen, Vollerntern und forstlichen Kombimaschinen baut derzeit vor allem das Angebot von leistungsfähigeren Maschinen aus, die dementsprechend auch teurer sind und sich vor allem für die Bearbeitung von Kurzholz eignen.

hydraulischen Maschine, Bild: Pnosse
Die Energieeffizienz der hydraulischen Maschinen hat Pnosse durch verschiedene Maßnahmen verbessert. Elektronik hilft, die Systeme intelligent zu steuern. Bild: Pnosse

Da sich der Fachkräftemangel auch bei den Fahrern deutlich zeigt, kann mit Komfort gepunktet werden. Dazu gehören eine aktive Kabinenfederung und besondere Geräuschdämpfung. Bei der technologischen Entwicklung der Hydraulik ist bereits ein hoher Stand erreicht worden. Deshalb erwartet zu Hohenlohe in der nächsten Zeit den steigenden Einsatz der Elektronik. „Zusätzliche Sensoren werden die Maschinen leistungsfähiger machen und vor allem dem Fahrer Erleichterung bieten“, betont der Geschäftsführer. Er erwartet, dass in Mitteleuropa eher die mittelgroßen Maschinen gefragt sind. „Neben den Universalmaschinen erwarten wir einen Trend zu kleineren ebenso wie zu größeren Forstmaschinen.“

Wer sind die Hersteller von Forstmaschinen?

Zu den Herstellern von Forstmaschinen gehören unter anderem: AFM-Forest (Finnland), Barko Hydraulics (USA), Caterpillar (USA), Gremo (Schweden), John Deere (USA), Eco Log (Schweden), HSM (Deutschland), Komatsu Forest (Deutschland), Logset (Finnland), Malwa (Schweden), Neuson Forest (Österreich), Ponsse (Finnland), Pfanzelt Maschinenbau (Deutschland), Strojírna Novotný (Tschechien), Rottne Industri (Schweden), Tigercat (Kanada) und Timber Pro (USA).

Dazu kommen zahlreiche Unternehmen, die im Bereich Forsttechnik Anbauteile, Komponenten und Systeme für Forstmaschinen entwickeln und produzieren.

Digitalisierung mit Hochdruck

Liebherr versucht, ähnlich wie HSM, im Sinne der firmeneigenen Tradition die Leistung der Maschinen weiter zu erhöhen. Mit acht Tonnen Gewicht fuhren anfangs die ersten Mobilbagger aus dem Werk in Kirchdorf. Heute erreichen sie mit bis zu 220 Tonnen Einsatzgewicht enorme Traglasten und große Reichweiten zum Laden und Transport diverser Materialien. „Die höhere Leistungsfähigkeit bedarf einer stetigen Weiterentwicklung und Neukonzeptionierung“, berichtet Jürgen Hartung. Der Produktmanager für Holzfahr- und Umschlagmaschinen weiß, dass für die Betreiber Zuverlässigkeit ein wichtiges Argument ist. „Deshalb müssen die Komponenten robust ausgelegt sein und funktionieren“, erläutert er. Daher legt das Unternehmen großen Wert auf Eigenfertigung und produziert sämtliche Schlüsselkomponenten selbst.

In Zukunft rückt bei dem Hersteller die elektrische Vorsteuerung in den Vordergrund. „Sie ist leichter zu handhaben und bietet enorm viel Potential“, weiß Hartung, „dabei hat sie mehr Möglichkeiten, während bisher die Funktionen hydraulisch umgesetzt wurden.“ Nicht nur die Komponenten wie Motor und Zylinder werden leistungsfähiger und effizienter, auch die Gewichtsreduzierung der Bauteile ist ein Faktor, um die Leistungsfähigkeit zu erhöhen.

„An der Digitalisierung arbeiten wir mit Hochdruck“, fügt der Produktmanager hinzu. Die Vernetzung der Maschinen untereinander wird immer wichtiger. Dafür hat der Hersteller während der Bauma-Fachmesse das neue Bedienkonzept Intusi vorgestellt, das die Fahrer stärker unterstützt. Beispielsweise wird das Gewicht beim Beladen eines Lastwagens oder bei der Beladung mit Holzstämmen automatisch berechnet und eine Meldung verschickt, wenn das entsprechende Ladevolumen erreicht ist.

Ligna

Messe zur Be- und Verarbeitung von Holz

Bei der Weltleitmesse für die Holzbe- und Holzverarbeitung in Hannover werden wie vor zwei Jahren mehr als 1500 Aussteller aus 50 (2017: 45) Ländern ihre Produkte präsentieren. Die Ligna, die vom 27. bis 31. Mai in Hannover stattfindet, hat die Nettoausstellungsfläche für die Werkzeuge, Maschinen und Anlagen auf 130.000 Quadratmeter erweitert. Erwartet werden wie letztes Mal 93.000 Besucher. Erstmals wird das Ligna-Forum zu den Themen Steigerung der Effizienz von Produktionsanlagen mittels IoT-Anwendungen, innovative Techniken für besondere Oberflächen und Kunststoff- sowie Composite-Verarbeitung informieren. Im Wettbewerb messen sich die Teilnehmer der Deutschen Waldarbeitsmeisterschaften sowie der niedersächsischen Forwarder-Meisterschaften und des Forwarder-Frauen-Cups. Unter dem Titel „Zukunftswerkstatt Forst + Holz im Rahmen der Charta Holz 2.0“ zählen Digitalisierung, Datenschutz und Logistik zu den Schwerpunktthemen.

Energieeffizienz erhält Vorrang

Einen anderen Blickwinkel hat Professor Marcus Geimer auf das Thema: „Die Entwicklung von Maschinen mit hybridem Antrieb folgt den Megatrends“, erklärt er. Der Leiter des Teilinstituts Mobile Arbeitsmaschinen (Mobima) am Karlsruher Institut für Technologie (KIT) nennt beispielsweise Maßnahmen zur Reduktion der Klimaerwärmung. Daraus leitet sich die notwendige Verringerung des Kohlendioxid-Ausstoßes ab. Eine Reduktion wird beispielsweise durch energieeffiziente Antriebe erreicht.

Beim Fällen eines Baumes wird eine hydraulische Hybridmaschine verwendet, weil dann zusätzliche Energie bereitgestellt werden kann, um schneller in den Holzernteprozess einzutreten und ihn effektiv zu gestalten. Wenn die Maschine am Baum angelangt ist, wird kurzfristig eine hohe Leistung benötigt. Zur Überbrückung kann ein Hydrospeicher genutzt werden, damit die benötigte Leistung für die Entastung bei Bedarf schlagartig abgerufen werden kann. So lässt sich durch gezieltes Zuschalten des Hydrospeichers ein vorteilhaftes Verhalten erzielen, das vor allem in der Dämpfung der Druckspitzen und der Verlagerung des Betriebspunkts des Dieselmotors zu sehen ist.

Energieeffizienz spielt in der vollautomatisierten Holzernte insbesondere bei Rückezügen (Forwardern) eine Rolle. „Wenn ich die Kranspitze zum Stamm bewege, muss ich den Hubarm gleichzeitig senken und strecken“, erläutert Geimer, „dann habe ich gleichzeitig einen Aufwand an Energie und kann Energie zurückgewinnen.“ Über einen Hydrotransformator lässt sich die Energie transferieren. „Damit lassen sich schätzungsweise 15 bis 20 Prozent Energie sparen“, berichtet der Experte für Hydraulik aus einem laufenden Forschungsprojekt.

Bei den allgemeinen Arbeitsmaschinen spielt auch der Megatrend Bevölkerungswachstum eine Rolle. Da zunehmend Straßen, Städte und Ackerflächen benötigt werden, führt dies zu einer Reduzierung der Wälder. „In der Folge spielt die Bodenschonung für die Forsttechnik eine wichtige Rolle“, erläutert Geimer. „Wenn weniger Waldfläche beforstet werden kann, müssen auch schwer zugängliche Waldteile genutzt werden.“ Auf dem Weg zum Einsatzort wird der unebene Waldboden unterschiedlich belastet. „Dann muss die Achse für einen konstanten Bodendruck optimal federn“, fordert der Professor.

Gute Geschäfte

Das Kompetenzzentrum Wald und Holz 4.0 ist auch digital unterwegs. Simulationen und erweiterte Realität (Augmented Reality) helfen beispielsweise bei der optimalen Zerlegung von Baumstämmen. Virtuelle Werkzeuge können die körperliche Belastung von Forstarbeitern analysieren und die Arbeitsbedingungen im Forst verbessern. Bild: KWH4.0

Produktionsrekord an Holzbearbeitungsmaschinen

Mit einem Plus von acht Prozent erzielten die deutschen Hersteller von Holzbearbeitungsmaschinen 2018 einen Produktionsrekord, erklärte Pekka Paasivaara, Vorsitzender des VDMA-Fachverbandes Holzbearbeitungsmaschinen. Die Branche erzielte im vergangenen Jahr mit 3,4 Milliarden Euro ein Plus von acht Prozent. „Trotz der sich abzeichnenden konjunkturellen Verlangsamung in mehreren Märkten“ erwartet der VDMA, dieses hohe Niveau auch 2019 zu erzielen. Das Wachstum seit 2014 von damals 2,4 Milliarden Euro hat viele Unternehmen an ihre Auslastungsgrenzen gebracht. Die Lieferzeiten haben sich teilweise auf mehr als ein Jahr erhöht. Der Exportwert der deutschen Produkte stieg in den ersten drei Quartalen 2018 um vier Prozent auf 1,7 Milliarden Euro. Die USA waren mit einem Plus von 20 Prozent erneut größter Exportmarkt. Mit 252 Millionen Euro folgte China (plus sieben Prozent) mit 241 Millionen Euro.

Kraftstoffverbrauch rückt in den Vordergrund

Energieeffizienz sieht man auch bei Pnosse als wichtigen Faktor. Die Produktlinie an forstwirtschaftlichen Maschinen des Herstellers reicht von der Gazelle bis zum Elefanten. Die Harvester und Rückezüge sind in Deutschland und Österreich über Wahlers Forsttechnik zu erhalten. „Energieeffizienz steht bei unseren Kunden im Fokus“, berichtet Ralf Dreeke, geschäftsführender Gesellschafter bei Wahlers. „Kunden wollen wissen, wie viel Diesel die Maschine pro Festmeter verbraucht.“

Der finnische Forstmaschinenhersteller hat deswegen alle Maschinen überarbeitet. „Vor zehn Jahren war dieser Punkt weniger wichtig, aber jetzt spielt er eine große Rolle“, ergänzt Dreeke. Während der Ligna zeigt das Unternehmen erstmals in Deutschland das Modell Bison. Der Rückezug erhält ein stufenloses Getriebe mit kompakter Leistung.

 Forstmaschinen Assistenzsysteme, Bild: John Deere
Immer mehr Funktionen und Features halten Einzug in die Forstmaschinen. Deshalb werden Assistenzsysteme benötigt, die dem Fahrer helfen, die Maschine richtig zu bedienen. Bild: John Deere

Hier zeigen sich die Auswirkungen und Gründe für die Überarbeitung der Produkte: Die hohe Energiedichte im Hydraulikmotor rührt von engen Leistungsdurchschnitten her. Harte Radien führen dann zu Effizienzverlusten. So wurden bei der Überarbeitung abrupte Querschnittsänderungen weggenommen und eher Rohre als Schläuche verwendet. Auch die hohe Leistungsaufnahme der Säge wurde in das Maßnahmenpaket einbezogen. „Um zehn bis 15 Prozent wurde der Energieverbrauch reduziert“, betont der Fachmann. Weitere Maßnahmen, um die hydraulischen Systeme zu verbessern, stehen an. Elektronik lässt sich einsetzen, um die Systeme intelligent zu steuern. Dann wird auf die Temperatur des Öls geachtet und der Motor im kleinen Drehzahlbereich gehalten, um energieeffizient zu arbeiten.

Assistenzsysteme liegen im Trend

Was sind Assistenz-Systeme?

Assistenz-Systeme unterstützen Menschen bei der Bedienung eines Produktes, zum Beispiel einer mobilen Maschine, zu denen auch die Forstmaschinen gehören. Assistenz-Systeme können verschiedene Funktionen haben. Bei Baumaschinen gibt es zum Beispiel Systeme, welche die Steuerung des Baggerarms vereinfachen, wenn der Fahrer eine ebene Fläche erzeugen will. Das Spektrum der elektronischen Helfer ist vielfältig und umfasst im Offroad-Bereich sowohl einfache Warnsysteme als auch teil- oder sogar vollautomatisierte Fahrten und Arbeitsschritte.

Leistungsfähiger sollen die Forstmaschinen werden, „aber nicht nur im Blick auf die Motorleistung, sondern vor allem im Hinblick auf die Effizienz der gesamten Maschine“, bestätigt auch Karsten Kromm, Verkaufsberater bei Nuhn, dem Importeur für John-Deere-Maschinen. Ein Gedanke zieht sich durch die Anforderungen: maximale Kraftstoffökonomie.

Bei aller Weiterentwicklung gilt es aber, den Fahrer und seine Bedürfnisse nicht aus den Augen zu verlieren. Bereits jetzt können die Maschinen mehr leisten als die Fahrer nutzen können. „Wichtig wird es in Zukunft, den Nutzer nicht zu überfordern, sondern auch durchschnittlich begabten Fahrern höchste Leistung zu ermöglichen“, gibt Kromm zu bedenken. Bei dieser Problematik können Assistenzsysteme helfen. Sie ahnen, was der Fahrer vorhat, und nehmen ihm Bedienungsschritte ab. Sie helfen dabei, das Fahren im Bestand einfacher und angenehmer zu machen, oder sie können auch dafür sorgen, dass die Kranbewegung teils automatisiert abläuft und die Bewegung flüssiger und effizienter wird.

Der hydrostatische Fahrantrieb macht Fortschritte. Bisher als alternativer Zweigangantrieb gestaltet finden zunehmend Hydrostaten mit zwei Fahrmotoren oder hydrostatisch-mechanisch leistungsverzweigte Getriebe Verwendung, die auch während des Fahrens geschaltet werden können.

Meistens sind Forstmaschinen mit acht Rädern ausgestattet. Bisher gibt es noch keine variable Kraftverteilung, die das Durchdrehen von Rädern verhindern und Schäden am Waldboden vermeiden könnte. Variable Kraftverteilung auf die Räder ist allerdings nur für bestimmte Märkte interessant. In Deutschland spielen Fahrschäden eine große Rolle. In Skandinavien hingegen weniger, weil dort der Boden häufig aus felsigem Untergrund besteht.

In Südamerika wie auch in Russland „herrscht Gigantismus“, schildert Kromm seine Beobachtungen. In Europa geht der Trend hingegen zu mittelgroßen und leichteren Maschinen, weil die Wälder inhomogen sind und die Maschinen sowohl für Nadel- wie Laubholz geeignet sein müssen. Sie sollen daher für eine breite Einsatzpalette geeignet sein, dürfen allerdings wegen der Holzzertifizierung keine exotischen Baustoffe enthalten und müssen deshalb den Leichtbau mit Hilfe intelligenter Konstruktion umsetzen.

Bisher ist Sensorik in der Hydraulik eher verpönt. „Bei diesem Stichwort verdrehen manche die Augen“, so Kromms Erfahrung. „Auch bei digitalen Hydraulikventilen oder einer Ergänzung durch den elektrischen Antrieb sehe ich Potenzial.“ Allerdings schreitet die Digitalisierung bereits voran. Die Maschinen liefern viele Daten, nur der Austausch zwischen Maschinen unterschiedlicher Hersteller funktioniert noch nicht. Die Bestrebungen wachsen, Industrie 4.0 in den Wald zu übertragen und die Insellösungen zu überwinden.

Grundlagen für die Digitalisierung im Wald

Um die künftige Durchgängigkeit der Daten und Vernetzung der Systeme kümmert sich intensiv das Kompetenzzentrum Wald und Holz 4.0. „Der Digitale Zwilling setzt als Abbild einer realen Komponente oder Maschine in der Informationswelt an“, berichtet Projektkoordinator Frank Heinze. Das von der EU und Nordrhein-Westfalen geförderte Infrastrukturprojekt erarbeitet die Grundlagen für die praktische Umsetzung der Digitalisierung in der Wald- und Holzwirtschaft. Der Digitale Zwilling kombiniert eine ablauffähige Simulation der Maschine mit realen Betriebsdaten, so dass daraus der Blick auf den jeweils aktuellen und auf einen prognostizierten Zustand der Maschine möglich wird. „Die daraus resultierende vorausschauende Wartung erlaubt es, Ausfallzeiten zu minimieren“, ergänzt Heinze, der am RIF Institut für Forschung und Transfer in Dortmund den Aufbau des Kompetenzzentrums koordiniert.

Bei der Fachmesse Ligna wird das Kompetenzzentrum erstmals vertreten sein und einen Prototyp seiner Smart Forest Labs vorstellen. Diese Test- und Entwicklungsumgebungen sollen helfen, die Digitalisierung in Wald und Holz in die Praxis zu bringen. Ein Beispiel für den zentralen Aspekt der Vernetzung ist die Unterstützung von Forstarbeitern bei der motormanuellen Ernte. Die Forstarbeiter erhalten mit Hilfe von Augmented Reality Informationen darüber, wie sie die Baumstämme am besten zerlegen, um die vom Sägewerk gewünschten Sortimente zu erhalten. Ein anderes Beispiel ist die Zusammenführung von Sensordaten, um Informationen zur Befahrbarkeit von Forstwegen zu liefern. Virtuelle Werkzeuge zur Analyse der körperlichen Belastung von Forstarbeitern sollen zudem zu einer Verbesserung der Arbeitsbedingungen im Forst beitragen. do

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